JP2002316954A - ポリエチレンから末端ビニルオリゴマーの製造法 - Google Patents

ポリエチレンから末端ビニルオリゴマーの製造法

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JP2002316954A
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polyethylene
oligomer
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terminal vinyl
vinyl oligomer
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JP2001121059A
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Takashi Sawaguchi
孝志 澤口
Yoshihiro Suzuki
義弘 鈴木
Kotaro Araya
公太郎 荒谷
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Nihon University
Sanei Kogyo KK
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Nihon University
Sanei Kogyo KK
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

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  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 ポリエチレン又はポリエチレンを主成分
とする原料を0.1〜6mmHg条件下、400〜460℃
に1〜3時間加熱することを特徴とするポリエチレンか
ら末端ビニルオリゴマーの製造法;及び得られたオリゴ
マーからアルコール、アルキレンオキシド、α−アルケ
ニル無水コハク酸の製造法。 【効果】 本発明によれば、生産量の多いポリエチレン
が、反応性末端ビニルオリゴマーとして回収でき、さら
に当該オリゴマーはアルコール、エポキシ化合物及び無
水マレイン酸付加体に容易に変換できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はポリエチレンを反応
性末端オリゴマーとしてリサイクルし、さらに当該オリ
ゴマーから種々の化合物を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリエチレンは、ポリ塩化ビニルと並ん
で生産量が最も多い樹脂で、安価な汎用樹脂である。ま
た、軽い、透明〜半透明、耐寒性が良く、吸水・透水し
ない等の特性を有する。
【0003】このようなポリエチレンのリサイクルは、
資源の保護の観点から有用である。ところが、従来のプ
ラスチックのリサイクル手段としては、単なる埋め立て
やエネルギーとしての利用がほとんどであり、物質とし
てのリサイクルは、混入する不純物や異種プラスチック
の問題があるため、より利用価値の低いプラスチックに
リサイクルするのがほとんどであり、有効利用とは言え
ない状態である。また、別の材料に変換するというリサ
イクルもほとんど行なわれていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、最も生産量の多い汎用樹脂であるポリエチレンのリ
サイクル法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ポリエチレ
ンの熱分解条件について種々検討してきたところ、ポリ
エチレンを特定の圧力、温度及び時間で熱分解すれば、
末端にビニル基を有する反応性オリゴマーが選択的に得
られることを見出した。さらに、この末端ビニルオリゴ
マーを用いれば容易にアルコール、エポキシ化合物及び
無水マレイン酸付加体が得られることを見出し、本発明
を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、ポリエチレン又はポ
リエチレンを主成分とする原料を0.1〜6mmHg条件
下、400〜460℃に1〜3時間加熱することを特徴
とするポリエチレンから末端ビニルオリゴマーの製造法
を提供するものである。また本発明は、上記の製造法に
より得られた末端ビニルオリゴマーをハイドロボレーシ
ョンした後、酸化及び加水分解することを特徴とするア
ルカノールの製造法を提供するものである。さらに本発
明は、上記の製造法により得られた末端ビニルオリゴマ
ーに過酸を反応させることを特徴とするアルキレンオキ
シドの製造法を提供するものである。さらにまた本発明
は、上記の製造法により得られた末端ビニルオリゴマー
に無水マレイン酸を反応させることを特徴とするα−ア
ルケニル無水コハク酸の製造法を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に用いるポリエチレンに
は、高密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレンのいず
れも含まれる。また、ポリエチレンを主成分とする原料
としては、ポリエチレンを60重量%以上、特に80重
量%以上含む樹脂が挙げられる。
【0008】本発明においてはポリエチレン又はポリエ
チレンを主成分とする原料を0.1〜6mmHg条件下、4
00〜460℃に1〜3時間加熱する。これらの圧力、
温度及び時間は、ポリエチレンを、工業的に再利用可能
な末端ビニルオリゴマーに効率良く分解させるうえで極
めて重要である。すなわち、この圧力、温度及び時間の
条件を上記範囲に制御したときにはじめて、ポリエチレ
ンから、分子量分布がせまい均質の末端ビニルオリゴマ
ーが効率良く得られる。より好ましい圧力条件は0.5
〜4mmHgであり、特に好ましくは1〜4mmHgである。好
ましい温度は400〜460℃であり、特に好ましくは
420〜460℃である。また、加熱時間は1〜3時間
であるが、1〜2.5時間、特に1.5〜2.5時間が
好ましい。なお熱分解の雰囲気は窒素ガス等の不活性ガ
ス雰囲気とする。
【0009】熱分解反応により目的の末端ビニルオリゴ
マーは揮発成分として回収できる。従って、常法に従
い、反応容器の上部から容易に回収できる。
【0010】かくして得られる末端ビニルオリゴマー
は、数平均分子量(ポリスチレン換算)が800±10
0のオリゴマーである。このオリゴマーとしては50モ
ル%以上の1−オレフィンが好まれているものが好まし
い。また、分子量分布(Mw/Mn)は通常1.3〜
1.5程度であり、均質なオリゴマー組成物が回収でき
たことになる。なお、本発明方法により得られる末端ビ
ニルオリゴマーは、通常5〜10モル%のα,ω−ジエ
ン、50〜60モル%の1−オレフィン及び30〜45
モル%のn−パラフィンを含む組成物である。また、か
かるオリゴエチレンの回収率は85〜96重量%にも達
する。
【0011】得られた末端ビニルオリゴマーは、このよ
うに反応性末端ビニル基を有するため種々の工業原料と
して利用できる。
【0012】末端ビニルオリゴマーをハイドロボレーシ
ョンした後、硬化及び加水分解すればアルカノールが得
られる。ハイドロボレーション反応は、例えば末端ビニ
ルオリゴマーに過剰のボラン・THF錯体のTHF溶液
を加えて、30〜80℃で1〜8時間反応させればよ
い。また酸化反応には過酸化水素、酸素等を用いて行な
うのが好ましい。また加水分解反応は、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム等のアルカリの存在下に行なうのが
好ましい。
【0013】この反応により得られるアルカノールの主
成分は1−アルカノールである。なお、未反応のn−パ
ラフィンは、抽出等によりアルカノールと容易に分離で
きる。
【0014】末端ビニルオリゴマーに過酸を反応させれ
ばアルキレンオキシドが得られる。ここで用いられる過
酸としては、過安息香酸、メタクロロ過安息香酸、過フ
タル酸、過ギ酸、過酢酸等が挙げられる。末端ビニルオ
リゴマーと過酸との反応は、過酸を過剰に用い、クロロ
ホルム、シクロヘキサン等の溶媒中、0〜50℃で2〜
48時間反応させればよい。
【0015】この反応により得られるアルキレンオキシ
ドの主成分は、1,2−エポキシアルカンである。
【0016】末端ビニルオリゴマーと無水マレイン酸を
反応させれば、α−アルケニル無水コハク酸が得られ
る。この反応は、デカヒドロナフタレン、o−ジクロロ
ベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン等の溶媒中
で120〜250℃で10〜48時間反応させるのが好
ましい。
【0017】この反応により得られるα−アルケニル無
水コハク酸は、下記の式を有する。
【0018】
【化1】
【0019】(式中、nは原料末端ビニルオリゴマーの
平均分子量を800±100にする数を示す)
【0020】こうして得られるアルカノール、アルキレ
ンオキシド、α−アルケニル無水コハク酸は種々の化合
物の原料として有用である。
【0021】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもの
ではない。
【0022】実施例1 (1)高密度PE(PS換算:Mn=31300 Mw
/Mn=10.02)を1g用いた。熱分解装置を図1
のようにセットし、反応中に酸化するのを防ぐため、反
応を始める前に1時間程度脱気をし、窒素ガス気流下で
内部の圧力を2〜4mmHgに減圧して30分程窒素置換を
行なった。そしてフラスコの底をメタルバスに漬け、内
部温度が200℃を超えたらフラスコを完全に沈めて熱
分解を行なった。分解条件として、反応温度370〜4
40℃、反応時間0.5h、1.0h、1.5h及び
2.0hで行なった。反応終了後、フラスコをメタルバ
スから取り出し、内部温度が100℃以下になったら装
置から取り外し、フラスコに付着しているメタルをよく
落とし、反応後の試料重量を測り残存量(分解率)を求
めた。またオリゴエチレン(OE)である揮発成分は主
として固形物として排出されるのでそのまま回収した。
フラスコ内の残存物(TD−PE)は熱キシレン50mL
で溶解し、メタノール250mLに滴下して再沈殿させ
た。その後吸引ろ過により再沈殿物を回収し、減圧下で
加温乾燥させた。
【0023】(2)これらの熱分解生成物の分析は、高
温ゲル浸透クロマトグラフィー(高温GPC)、ガスク
ロマトグラフィー(GC)、赤外吸収スペクトル(I
R)、核磁気共鳴スペクトル(13C-NMRや1H-NMR)で行
なった。その結果、温度400℃以上、特に410〜4
40℃で分解率が向上し、また分解時間は1時間以上、
1.5時間、2時間と長くなるほど分解率が向上した。
そして特に好ましい分解条件は440℃、2.0hであ
った。そしてこの条件下では、ポリスチレン換算でMn
=800、Mw/Mn=1.3〜1.5のオリゴエチレ
ンが得られることがわかった(図2)。
【0024】図3にPE、OE及びTD−PEの1H−
NMRをスペクトルを示す。図4にPE、OE及びTD
−PEの13C−NMRスペクトルを示す。また、図5に
収率96重量%で得られたオリゴエチレンのガスクロマ
トグラフィーを示す。また図6に得られたオリゴエチレ
ンのDSCチャートを示す。図3、図4、図5及び図6
により、得られたオリゴエチレンの組成及び特性は次の
表1の通りであることがわかる。
【0025】
【表1】
【0026】実施例2 反応容器に試料(実施例1で得られたオリゴエチレン)
1gとTHFをいれ、反応容器内の窒素置換を行なった
後、ボラン・THF錯体/THF溶液(以下B.T.C)を
試料:B.T.C=1:6(モル比)で滴下し、窒素雰
囲気下、55℃で撹拌しながら5時間反応させた。ハイ
ドロボレーション反応後、反応溶液に5M水酸化ナトリ
ウム、35%過酸化水素水を加え、50℃で15時間反
応させた。洗浄、回収については、二層分離を用いて行
なった。
【0027】IRスペクトル測定において、生成物のス
ペクトルには908cm-1、993cm -1付近のビニリデン
二重結合を示す吸収ピークは消失し、新たに1052cm
-1、3300cm-1付近にOH基に起因するブロード状の
吸収ピークが現れた。またオリゴエチレンの1H−NM
Rスペクトル解析において、4.8ppmと5.7ppm付近
にビニリデン二重結合の各炭素に帰属シグナルが確認さ
れた。しかし、生成物ではこれらのシグナルは消失し、
新たに3.8ppm付近にOH基に隣接しているメチレン
基に帰属されるシグナルが現れた。これより、オリゴエ
チレンのヒドロキシル化は進行したと確認できた。
【0028】実施例3 反応容器に試料(市販品のペンタデセンあるいは実施例
1で得られたオリゴエチレン)1gとクロロホルム20
mL、メタクロロ過安息香酸を試料:メタクロロ過安息香
酸=1:3(モル比)を加え、キャピラリー、N2風船
つき還流器を接続し、常温で24時間反応させた。反応
後、メタノールで再沈殿させ回収した。ペンタデセンを
用いた際の回収方法は、反応後は反応容器の中の試料に
クロロホルムを加えろ過し、リサイクルGPCで分取
し、NMR及びIRで解析を行なった。
【0029】始めに、ペンタデセンのエポキシ化のIR
スペクトル測定において、909cm -1、990cm-1付近
のビニリデン二重結合を示す吸収ピークは消失し、新た
に897cm-1、1200cm-1、2900cm-1付近にエポ
キシ環に起因する吸収ピークが現れた。また、1H−N
MRスペクトル解析においても、5.0ppmと5.8ppm
付近のビニリデン二重結合の各炭素に帰属するシグナル
は消失し、新たに2.4ppm〜3.0ppmの間にエポキシ
環の各炭素に帰属するシグナルが3つ現れた。これよ
り、エポキシ化は進行したと言える。この結果を参考
に、オリゴエチレンで同様の実験を行なった所、1H−
NMRスペクトル解析において、ビニリデン二重結合を
示すピークは完全に消失し、新たに2.4ppm〜3.0p
pmの間にエポキシ環の各炭素に帰属するシグナルが3つ
現れたことより、エポキシ化はほぼ定量的に反応したこ
とがわかる。
【0030】実施例4 反応容器に試料(実施例1で得られたオリゴエチレン)
1gと無水マレイン酸、デカヒドロナフタレン溶媒、ジ
ブチルヒドロキシトルエン0.5gを用いて、180℃
で24時間反応を行なった。反応後、アセトンで再沈殿
し遠心分離機でデカンテーションし、沈殿物を得た後、
NMR及びIRで解析を行なった。
【0031】IRスペクトル測定において、生成物のス
ペクトルには980cm-1、993cm -1付近のビニリデン
二重結合を示す吸収ピークは消失し、新たに1786cm
-1付近に無水コハク酸のカルボニルに由来する吸収ピー
クが現れた。これより、無水マレイン酸化が定量的に進
行したことがわかる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、生産量の多いポリエチ
レンが、反応性末端ビニルオリゴマーとして回収でき、
さらに当該オリゴマーはアルコール、エポキシ化合物及
び無水マレイン酸付加体に容易に変換できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱分解装置の概念図を示す図である。
【図2】オリゴエチレン(OE)、ポリエチレン(P
E)及びフラスコ内の残存物(TD−PE)の高温ゲル
浸透クロマトグラフィー結果を示す図である。
【図3】OE、PE及びTD−PEの1H−NMRスペ
クトルを示す図である。
【図4】OE、PE及びTD−PEの13C−NMRスペ
クトルを示す図である。
【図5】OEのキャピラリーガスクロマトグラフィーの
結果を示す図である。
【図6】OEのDSCチャートを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07D 301/14 C07D 301/14 307/60 307/60 C08J 11/12 C08J 11/12 // C07D 303/04 C07D 303/04 C08L 23:06 C08L 23:06 (72)発明者 鈴木 義弘 埼玉県三郷市戸ヶ崎3丁目302 株式会社 三栄興業内 (72)発明者 荒谷 公太郎 千葉県佐倉市稲荷台1−23−5 Fターム(参考) 4C048 AA01 BB02 CC01 UU03 XX02 4F301 AA13 AD01 AD02 AD04 CA09 CA25 CA26 CA51 CA53 CA72 CA73 4H006 AA02 AB84 AC20 AC41 BC10 BC11 BE10 BE32 FE11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレン又はポリエチレンを主成分
    とする原料を0.1〜6mmHg条件下、400〜460℃
    に1〜3時間加熱することを特徴とするポリエチレンか
    ら末端ビニルオリゴマーの製造法。
  2. 【請求項2】 末端ビニルオリゴマーが、ポリスチレン
    換算数平均分子量(Mn)800±100である請求項
    1記載の製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の製造法により得ら
    れた末端ビニルオリゴマーをハイドロボレーションした
    後、酸化及び加水分解することを特徴とするアルカノー
    ルの製造法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の製造法により得ら
    れた末端ビニルオリゴマーに過酸を反応させることを特
    徴とするアルキレンオキシドの製造法。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2記載の製造法により得ら
    れた末端ビニルオリゴマーに無水マレイン酸を反応させ
    ることを特徴とするα−アルケニル無水コハク酸の製造
    法。
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